Ausbildungsunterlage für die durchgängige Automatisierungslösung Totally Integrated Automation (T I A) MODUL A3 Startup SPS- Programmierung mit STEP 7

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1 Ausbildungsunterlage für die durchgängige Automatisierungslösung Totally Integrated Automation (T I A) MODUL A3 Startup SPS- Programmierung mit STEP 7 T I A Ausbildungsunterlage Seite 1 von 48 Modul A3

2 Diese Unterlage wurde von Siemens A&D SCE (Automatisierungs und Antriebstechnik, Siemens A&D Cooperates with Education) zu Ausbildungszwecken erstellt. Siemens übernimmt bezüglich des Inhalts keine Gewähr. Weitergabe sowie Vervielfältigung dieser Unterlage, Verwertung und Mitteilung ihres Inhalts ist innerhalb öffentlicher Aus- und Weiterbildungsstätten gestattet. Ausnahmen bedürfen der schriftlichen Genehmigung durch Siemens A&D SCE ( Hr. Knust: michael.knust@hvr.siemens.de). Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadensersatz. Alle Rechte auch der Übersetzung sind vorbehalten, insbesondere für den Fall der Patentierung oder GM-Eintragung. Wir danken der Fa. Michael Dziallas Engineering und den Lehrkräften von beruflichen Schulen sowie weiteren Personen für die Unterstützung bei der Erstellung der Unterlage. T I A Ausbildungsunterlage Seite 2 von 48 Modul A3

3 SEITE: 1. Vorwort Hinweise zur Programmierung der SIMATIC S7-300 mit STEP Automatisierungssystem SIMATIC S Programmiersoftware STEP Installation der Software STEP Programmierschnittstelle einstellen (PC- Adapter) Was ist eine SPS und wofür werden SPSen verwendet? Was bedeutet der Begriff SPS? Wie steuert die SPS den Prozess? Woher bekommt die SPS Informationen über Prozesszustände? Wo liegt der Unterschied zwischen Öffnern und Schließern? Wie spricht die SPS einzelne Ein-/Ausgangssignale an? Wie wird in der SPS das Programm bearbeitet? Wie sehen logische Verknüpfungen im SPS- Programm aus? UND- Verknüpfung ODER- Verknüpfung Negation Wie wird das SPS- Programm erstellt? wie kommt es in den Speicher der SPS? Aufbau und Bedienung der SIMATIC S Beispielaufgabe STEP 7- Projekt anlegen STEP 7- Programm schreiben in Funktionsplan FUP STEP 7- Programm in der CPU testen T I A Ausbildungsunterlage Seite 3 von 48 Modul A3

4 Die folgenden Symbole führen durch dieses Modul: Information Installation Programmierung Beispielaufgabe Hinweise T I A Ausbildungsunterlage Seite 4 von 48 Modul A3

5 1. VORWORT Das Modul A3 ist inhaltlich der Lehreinheit Grundlagen der STEP 7- Programmierung zugeordnet und stellt einen Schnelleinstieg in die STEP 7- Programmierung dar. Grundlagen der STEP 7- Programmierung 2-3 Tage Module A Weiterführende Funktionen der STEP 7- Programmierung 2-3 Tage Module B Industrielle Feldbussysteme 2-3 Tage Module D Schrittkettenprogrammierung 2-3 Tage Module C Prozessvisualisierung 2-3 Tage Module F IT- Kommunikation mit SIMATIC S7 1-2 Tage Module E Lernziel: Der Leser soll in diesem Modul das Programmieren einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) mit dem Programmierwerkzeug STEP 7 erlernen. Das Modul vermittelt die Grundlagen und zeigt in den folgenden Schritten die Vorgehensweise anhand eines ausführlichen Beispiels. Installation der Software und Einstellen der Programmierschnittstelle Erläuterung was eine SPS ist und wie diese arbeitet Aufbau und Bedienung der SPS SIMATIC S7-300 Erstellung eines Beispielprogramms Laden und Testen des Beispielprogramms Voraussetzungen: Für die erfolgreiche Bearbeitung dieses Moduls wird folgendes Wissen vorausgesetzt: Kenntnisse in der Handhabung von Windows 95/98/2000/ME/NT4.0 T I A Ausbildungsunterlage Seite 5 von 48 Modul A3

6 Benötigte Hardware und Software 1 PC, Betriebssystem Windows 95/98/2000/ME/NT4.0 mit - Minimal: 133MHz und 64MB RAM, freier Plattenspeicher ca. 65 MB - Optimal: 500MHz und 128MB RAM, freier Plattenspeicher ca. 65 MB 2 Software STEP7 V 5.x 3 MPI- Schnittstelle für den PC (z.b. PC- Adapter) 4 SPS SIMATIC S7-300 mit mindestens einer digitalen Ein- und Ausgabebaugruppe. Die Eingänge müssen auf ein Schaltfeld herausgeführt sein. Beispielkonfiguration: - Netzteil: PS 307 2A - CPU: CPU Digitale Eingänge: DI 16x DC24V - Digitale Ausgänge: DO 16x DC24V / 0,5 A 1 PC 2 STEP7 3 PC Adapter 4 S7-300 T I A Ausbildungsunterlage Seite 6 von 48 Modul A3

7 2. HINWEISE ZUR PROGRAMMIERUNG DER SIMATIC S7-300 MIT STEP AUTOMATISIERUNGSSYSTEM SIMATIC S7-300 Das Automatisierungssystem SIMATIC S7-300 ist ein modulares Kleinsteuerungssystem für den unteren und mittleren Leistungsbereich. Es gibt ein umfassendes Baugruppenspektrum zur optimalen Anpassung an die Automatisierungsaufgabe Die S7-Steuerung besteht aus einer Stromversorgung, einer CPU und Ein- bzw. Ausgangsbaugruppen (E/A-Baugruppen). Gegebenenfalls kommen noch Kommunikationsprozessoren und Funktionsmodule für spezielle Aufgaben wie z.b. Schrittmotoransteuerung zum Einsatz. Die Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) überwacht und steuert mit dem S7- Programm eine Maschine oder einen Prozess. Die E/A-Baugruppen werden dabei im S7- Programm über die Eingangs- (E) und Ausgangsadressen (A) angesprochen. Programmiert wird das System mit der Software STEP PROGRAMMIERSOFTWARE STEP 7 Die Software STEP 7 ist das Programmierwerkzeug für die Automatisierungssysteme - SIMATIC S SIMATIC S SIMATIC WinAC Mit STEP 7 können die folgenden Funktionen für die Automatisierung einer Anlage genutzt werden: - Konfigurierung und Parametrierung der Hardware - Festlegung der Kommunikation - Programmierung - Test, Inbetriebnahme und Service - Dokumentation, Archivierung - Betriebs-/Diagnosefunktionen Alle Funktionen werden durch eine ausführliche Online Hilfe unterstützt. T I A Ausbildungsunterlage Seite 7 von 48 Modul A3

8 3. INSTALLATION DER SOFTWARE STEP 7 STEP 7 gibt es in drei Varianten: - STEP 7 Basisversion ermöglicht den Einsatz von weiteren Optionspaketen wie S7- GRAPH oder S7- PLCSIM. Dieses Softwarepaket muss autorisiert werden. - STEP 7 Basis Software for Students beinhaltet das Optionspaket S7- PLCSIM. Dieses Softwarepaket muss autorisiert werden und ist dann 120 Tage lauffähig. - STEP 7 Mini als Einsteigerversion ohne Autorisierung. Hier können keine weiteren Optionspakete wie zum Beispiel S7- PLCSIM oder S7- GRAPH eingesetzt werden. STEP 7 wird auf CD-ROM ausgeliefert, wobei bei der Basisversion STEP 7 eine Diskette beiliegt, die eine Autorisierung enthält, die auf den PC übertragen werden muss und die Nutzung der Basisversion von STEP 7 erst ermöglicht. Diese Autorisierung kann, um auf einem anderen PC genutzt zu werden, auch wieder auf die Diskette zurückgeholt werden. Zum Thema Installation und Übertragung der Autorisierungen sehen Sie bitte auch Modul A2 Installation von STEP 7 V5.x / Handhabung der Autorisierung. Um nun STEP 7 zu installieren, gehen Sie bitte folgendermaßen vor: 1. Legen Sie die CD von STEP 7 in das CD- ROM- Laufwerk ein. 2. Das Setup-Programm wird nun automatisch gestartet. Falls nicht, starten Sie es, indem Sie auf die Datei setup.exe doppelklicken. Das Setup-Programm führt Sie durch die gesamte Installation von STEP Für die Nutzung der Basisversion von STEP 7 ist auf Ihrem Rechner eine Autorisierung, d.h. eine Nutzungsberechtigung, erforderlich. Diese müssen Sie von der Autorisierungsdiskette auf den Rechner übertragen. Dies geschieht am Ende der Installation. Dort werden Sie in einem Dialogfenster vom Setup- Programm gefragt, ob Sie die Autorisierung durchführen wollen. Wenn Sie Ja wählen, müssen Sie nur noch die Autorisierungsdiskette einlegen und die Berechtigung wird auf Ihren Rechner übertragen. T I A Ausbildungsunterlage Seite 8 von 48 Modul A3

9 4. PROGRAMMIERSCHNITTSTELLE EINSTELLEN (PC- ADAPTER) Um vom PC oder PG aus eine SIMATIC S7-300 programmieren zu können, wird eine MPI- Verbindung benötigt. MPI steht dabei für Multi Point Interface (Mehrpunktfähige Schnittstelle) und ist eine Kommunikationsschnittstelle für bis zu 32 Teilnehmer, die zur Programmierung, zum Bedienen & Beobachten mit HMI und zum Datenaustausch zwischen SIMATIC S7 CPUs verwendet wird. Jede CPU der SIMATIC S7-300 besitzt eine solche integrierte Schnittstelle. Um den PC, das PG oder einen Laptop an MPI anzuschließen gibt es verschiedene Möglichkeiten: - Integrierter ISA- Kommunikationsprozessoren für das PG - ISA- Kommunikationsprozessoren für den PC (z.b. MPI-ISA- Card) - PCI- Kommunikationsprozessoren für den PC (z.b. CP5611) - PCMCIA- Kommunikationsprozessoren für den Laptop (z.b. CP5511) - Adapter für die Kommunikation über die serielle Schnittstelle des PC oder Laptop (z.b. PC- Adapter) Hier wird nun in den folgenden Schritten die Einstellung und Parametrierung eines PC-Adapters für einen PC beschrieben. 1. PG-PC-Schnittstelle einstellen aufrufen. ( Start SIMATIC Step7 PG-PC- Schnittstelle einstellen) Auf PG-PC- Schnittstelle einstellen klicken! T I A Ausbildungsunterlage Seite 9 von 48 Modul A3

10 2. Die Baugruppe installieren die als MPI-Schnittstelle zur Verfügung steht. ( Installieren ) Auf Installieren klicken! 3. Die gewünschte Baugruppe z.b. PC-Adapter auswählen und installieren ( PC-Adapter (PC/MPI-Cable) Installieren). Auf Installieren klicken! Auf PC-Adapter (PC/MPI-Cable) klicken! T I A Ausbildungsunterlage Seite 10 von 48 Modul A3

11 4. Gewünschtes Gerät auswählen ( PC Adapter OK ) Auf PC Adapter klicken! 5. Eigenschaften des PC-Adapters(MPI) anwählen ( PC Adapter(MPI) Eigenschaften) Auf Eigenschaften klicken! Auf PC Adapter(MPI)' klicken! T I A Ausbildungsunterlage Seite 11 von 48 Modul A3

12 6. COM-Port und Übertragungsgeschwindigkeit der seriellen Schnittstelle festlegen COM-Port Übertragungsgeschwindigkeit Hinweis: Die Überstragungsgeschwindigkeit muss auch an dem PC-Adapter passend eingestellt sein! Die PC-Adapter der alten Generation (sogenannte PC/MPI-Kabel) sind nur in der Lage eine langsamere Übertragungsgeschwindigkeit von Bit/s zu verarbeiten. 7. MPI-Adresse, Timeout, Übertragungsgeschwindigkeit und höchste Teilnehmeradresse festlegen. MPI-Adresse des PC/PG! Timeout! Baudrate! Höchste Teilnehmeradresse! Hinweis: Es wird empfohlen die voreingestellten Werte zu übernehmen! 8. Einstellungen übernehmen ( OK OK ). T I A Ausbildungsunterlage Seite 12 von 48 Modul A3

13 9. Um die Einstellungen zu testen wird nun der SIMATIC Manager mit einem Doppelklick aufgerufen. ( SIMATIC Manager) 10. Dann wird der Stecker der von der MPI- Schnittstelle des PCs kommt auf die MPI- Schnittstelle der CPU gesteckt und die Spannungsversorgung der SPS eingeschaltet. Man findet die MPI- Schnittstelle in Form einer 9poligen D- Sub- Buchse hinter der Frontklappe der CPU. 11. Wenn man nun auf den Button Erreichbare Teilnehmer klickt, erscheint, wenn alle Parameter richtig gewählt wurden, das folgende Bild mit einem Ordner für die erreichte MPI- Schnittstelle. Dort steht auch die MPI-Adresse der CPU, die als Grundeinstellung 2 ist. ( ) T I A Ausbildungsunterlage Seite 13 von 48 Modul A3

14 5. WAS IST EINE SPS UND WOFÜR WERDEN SPSEN VERWENDET? 5.1 WAS BEDEUTET DER BEGRIFF SPS? SPS ist die Abkürzung für Speicherprogrammierbare Steuerung. Dies beschreibt ein Gerät das einen Prozess ( z.b. eine Druckmaschine zum Drucken von Zeitungen, eine Abfüllanlage zum Abfüllen von Zement, eine Presse zum Pressen von Kunststoffformteilen, etc... ) steuert. Dies geschieht entsprechend den Anweisungen eines Programms das in einem Speicher des Gerätes steht. Programm geladen im Speicher der SPS... Speicher... steuert die Maschine Programm mit Anweisungen SPS Maschine 5.2 WIE STEUERT DIE SPS DEN PROZESS? Die SPS steuert den Prozess, indem sogenannte Aktoren von den als Ausgängen bezeichneten Anschlüssen der SPS mit einer Steuerspannung von z.b. 24V beschaltet werden. Dadurch können Motoren ein- und ausgeschaltet, Ventile aus- und eingefahren oder Lampen ein- und ausgeschaltet werden. SPS 24V Ausgänge 0V M M Lampe leuchtet Die Ausgänge der SPS steuern die Aktoren durch Schalten der Steuerspannung! Lampe leuchtet nicht T I A Ausbildungsunterlage Seite 14 von 48 Modul A3

15 5.3 WOHER BEKOMMT DIE SPS INFORMATIONEN ÜBER PROZESSZUSTÄNDE? Informationen über den Prozess erhält die SPS von den sogenannten Signalgebern, die auf die Eingänge der SPS verdrahtet sind. Diese Signalgeber können z.b. Sensoren sein, die erkennen ob ein Werkstück an einer bestimmten Position liegt oder auch einfache Schalter oder Taster, die offen oder geschlossen sein können. Dabei wird noch zwischen Öffnern, die unbetätigt geschlossen, und Schließern, die unbetätigt offen sind, unterschieden. 24V 24V Schalter geschlossen Eingänge Die Eingänge der SPS erfassen die Informationen über Zustände im Prozess! 0V SPS Schalter offen 24V 5.4 WO LIEGT DER UNTERSCHIED ZWISCHEN ÖFFNERN UND SCHLIEßERN? Bei den Signalgebern wird zwischen Öffnern und Schließern unterschieden. Der hier gezeigte Schalter ist ein Schließer, d.h. er ist genau dann geschlossen wenn er betätigt wurde. Schließer unbetätigt Schließer offen Schließer betätigt Schließer geschlossen Der hier gezeigte Schalter ist ein Öffner, d.h. er ist genau dann geschlossen wenn er nicht betätigt wurde. Öffner unbetätigt Öffner geschlossen Öffner betätigt Öffner offen T I A Ausbildungsunterlage Seite 15 von 48 Modul A3

16 5.5 WIE SPRICHT DIE SPS EINZELNE EIN-/AUSGANGSSIGNALE AN? Die Angabe eines bestimmten Ein- oder Ausgangs innerhalb des Programms bezeichnet man als Adressierung. Die Ein- und Ausgänge der SPSen sind zumeist in 8er-Gruppen auf Digitaleingabe- bzw. Digitalausgabebaugruppen zusammengefasst. Diese 8er- Einheit bezeichnet man als Byte. Jede solche Gruppe erhält eine Nummer als sogenannte Byteadresse. Um nun einen einzelnen Ein- oder Ausgang innerhalb eines Bytes anzusprechen wird jedes Byte in acht einzelne Bits zerlegt. Diese werden von Bit 0 bis Bit 7 durchnummeriert. So erhält man die Bitadresse. Die hier dargestellte SPS hat nun die Eingangsbytes 0 und 1 sowie die Ausgangsbytes 4 und 5. Um nun den z.b. fünften Eingang von oben anzusprechen gibt man die folgende Adresse an: E 0. 4 E kennzeichnet hier den Adresstyp als Eingang, 0 die Byteadresse und 4 die Bitadresse. Byteadresse und Bitadresse sind immer durch einen Punkt getrennt. Hinweis: Für die Bitadresse steht hier beim fünften Eingang eine 4, weil bei 0 begonnen wird zu zählen. Um nun den z.b. untersten Ausgang anzusprechen gibt man die folgende Adresse an: A 5. 7 A kennzeichnet hier den Adresstyp als Ausgang, 5 die Byteadresse und 7 die Bitadresse. Byteadresse und Bitadresse sind immer durch einen Punkt getrennt. Hinweis: Für die Bitadresse steht hier beim untersten Ausgang eine 7, weil bei 0 begonnen wird zu zählen. T I A Ausbildungsunterlage Seite 16 von 48 Modul A3

17 5.6 WIE WIRD IN DER SPS DAS PROGRAMM BEARBEITET? Die Programmbearbeitung in einer SPS geschieht zyklisch mit folgendem Ablauf: 1. Nachdem die SPS eingeschaltet wurde fragt der Prozessor, der praktisch das Gehirn der SPS darstellt, ab ob die einzelnen Eingänge Spannung führen oder nicht. Dieser Status der Eingänge wird in dem Prozessabbild der Eingänge (PAE) gespeichert. Dabei wird für die Spannung führenden Eingänge die Information 1 oder High, für die keine Spannung führenden die Information 0 oder Low hinterlegt. 2. Dieser Prozessor arbeitet dann das im Programmspeicher hinterlegte Programm ab. Dies besteht aus einer Liste von logischen Verknüpfungen und Anweisungen, die nacheinander abgearbeitet werden. Dabei wird für die benötigte Eingangsinformation auf das bereits vorher eingelesene PAE zugegriffen wird und die Verknüpfungsergebnisse in ein sogenanntes Prozessabbild der Ausgänge (PAA) geschrieben. Auch auf andere Speicherbereiche für Zähler, Zeiten und Merker wird während der Programmbearbeitung gegebenenfalls vom Prozessor zugegriffen. 3. Im dritten Schritt wird nach Abarbeitung des Anwenderprogramms der Status aus dem PAA an die Ausgänge übertragen und diese ein- bzw. ausgeschaltet. Danach geht es weiter mit Punkt Status der Eingänge im PAE speichern. 2. Abarbeiten des Programms Anweisung für Anweisung mit Zugriff auf PAE und PAA, sowie Zeiten Zähler und Merker Programm der SPS im Programmspeicher 1. Anweisung 2. Anweisung 3. Anweisung 4. Anweisung... PAE Zeiten Zähler Merker letzte Anweisung PAA 3. Status aus dem PAA an die Ausgänge übertragen. Hinweis: Die Zeit die der Prozessor für diesen Ablauf benötigt nennt man Zykluszeit. Diese ist wiederum abhängig von Anzahl und Art der Anweisungen. T I A Ausbildungsunterlage Seite 17 von 48 Modul A3

18 5.7 WIE SEHEN LOGISCHE VERKNÜPFUNGEN IM SPS- PROGRAMM AUS? Logische Verknüpfungen werden dazu verwendet um Bedingungen für das Schalten eines Ausgangs festlegen zu können. Im SPS- Programm können diese in den Programmiersprachen Kontaktplan (KOP), Funktionsplan (FUP) oder Anweisungsliste (AWL) erstellt werden. Der Anschaulichkeit halber wollen wir uns hier auf FUP beschränken. Es gibt eine Vielzahl verschiedener logischer Verknüpfungen die in SPS- Programmen zur Anwendung kommen können. UND- sowie ODER- Verknüpfung und die NEGATION eines Eingangs werden jedoch am häufigsten verwendet und sollen deshalb hier kurz anhand von Beispielen erläutert werden. Hinweis: Informationen zu weiteren logischen Verknüpfungen können sehr schnell und übersichtlich aus der Online- Hilfe bezogen werden UND- VERKNÜPFUNG Beispiel einer UND- Verknüpfung: Eine Lampe soll leuchten, wenn gleichzeitig zwei Schalter als Schließer betätigt sind. Schaltplan: 24V S1 S2 M H1 Erläuterung: Die Lampe leuchtet genau dann, wenn beide Schalter betätigt sind. Wenn also die Schalter S1 und S2 betätigt sind leuchtet die Lampe H1. T I A Ausbildungsunterlage Seite 18 von 48 Modul A3

19 Beschaltung der SPS: Um diese Logik in einem SPS- Programm umzusetzen, müssen natürlich beide Schalter an Eingängen der SPS angeschlossen werden. Hier ist S1 an den Eingang E 0.0 und S2 an den Eingang E 0.1 verdrahtet. Außerdem muss die Lampe H1an einem Ausgang z.b. A 4.0 angeschlossen sein. 24V E 0.0 Schalter S1 Eingänge 24V E 0.1 Schalter S2 SPS Ausgänge A 4.0 M Lampe H1 soll leuchten, wenn die Schalter S1 und S2 betätigt sind. UND- Verknüpfung im FUP: Im Funktionsplan FUP wird die UND- Verknüpfung durch bildliche Darstellung programmiert und sieht folgendermaßen aus: Eingänge der UND- Verknüpfung. Hier können auch mehr als 2 Eingänge stehen! Ausgang, dem die Zuweisung zugeordnet wird! E 0.0 E 0.1 & A 4.0 = Bildliche Darstellung der logischen UND- Verknüpfung! Zuweisung des Ergebnisses der logischen Verknüpfung! T I A Ausbildungsunterlage Seite 19 von 48 Modul A3

20 5.7.2 ODER- VERKNÜPFUNG Beispiel einer ODER- Verknüpfung: Eine Lampe soll leuchten, wenn einer oder beide von zwei Schaltern als Schließer betätigt sind. Schaltplan: S1 24V S2 24V M Erläuterung: Die Lampe leuchtet genau dann, wenn einer oder beide Schalter betätigt sind. Wenn also der Schalter S1 oder S2 betätigt wird leuchtet die Lampe H1. Beschaltung der SPS: Um diese Logik in einem SPS- Programm umzusetzen, müssen natürlich beide Schalter an Eingängen der SPS angeschlossen werden. Hier ist S1 an den Eingang E 0.0 und S2 an den Eingang E 0.1 verdrahtet. Außerdem muss die Lampe H1an einem Ausgang z.b. A 4.0 angeschlossen sein. H1 24V E 0.0 Schalter S1 Eingänge 24V E 0.1 Schalter S2 SPS Ausgänge A 4.0 M Lampe H1 soll leuchten, wenn Schalter S1 oder S2 betätigt sind. T I A Ausbildungsunterlage Seite 20 von 48 Modul A3

21 ODER- Verknüpfung im FUP: Im Funktionsplan FUP wird die ODER- Verknüpfung durch bildliche Darstellung programmiert und sieht folgendermaßen aus: Eingänge der ODER- Verknüpfung. Hier können auch mehr als 2 Eingänge stehen! Ausgang, dem die Zuweisung zugeordnet wird! E 0.0 E 0.1 > A 4.0 = Bildliche Darstellung der logischen ODER- Verknüpfung! Zuweisung des Ergebnisses der logischen Verknüpfung! NEGATION In logischen Verknüpfungen wird es öfters benötigt abzufragen ob ein Schließer NICHT betätigt oder ob ein Öffner betätigt wurde und somit keine Spannung an dem entsprechenden Eingang anliegt. Dies geschieht durch Programmierung einer Negation am Eingang der UND- bzw. ODER- Verknüpfung. Im Funktionsplan FUP wird die Negation eines Eingangs an einer UND- Verknüpfung durch die folgende bildliche Darstellung programmiert: Eingang der UND- Verknüpfung, der negiert werden soll! Bildliche Darstellung der Negation! E 0.0 E 0.1 & A 4.0 = Der Ausgang A 4.0 hat hier also genau dann Spannung anliegen, wenn E 0.0 nicht beschaltet und E 0.1 beschaltet ist. T I A Ausbildungsunterlage Seite 21 von 48 Modul A3

22 5.8 WIE WIRD DAS SPS- PROGRAMM ERSTELLT? WIE KOMMT ES IN DEN SPEICHER DER SPS? Das SPS- Programm wird mit der Software STEP 7 auf einem PC erstellt und dort zwischengespeichert. Nachdem der PC mit der MPI- Schnittstelle der SPS verbunden wurde, kann das Programm mit einer Lade- Funktion in den Speicher der SPS geladen werden. 1. SPS- Programm mit STEP 7 auf PC erstellen. 2. PC mit MPI- Schnittstelle der SPS verbinden. PC mit STEP 7 PC Adapter 3. Programm von PC in Speicher der SPS laden. SPS S7-300 Hinweis: Der genaue Ablauf wird Schritt für Schritt in den Kapiteln 8 bis 10 beschrieben. T I A Ausbildungsunterlage Seite 22 von 48 Modul A3

23 6. AUFBAU UND BEDIENUNG DER SIMATIC S7-300 Baugruppenspektrum: Die SIMATIC S7-300 ist ein modulares Automatisierungssystem und bietet das folgende Baugruppenspektrum: - Zentralbaugruppen (CPUs) mit unterschiedlicher Leistung, teilweise mit integrierten Ein- /Ausgängen (z.b. CPU312IFM/CPU314IFM) oder integrierter PROFIBUS- Schnittstelle (z.b. CPU315-2DP) - Stromversorgungsbaugruppen PS mit 2A, 5A oder 10A - Erweiterungsbaugruppen IM für mehrzeiligen Aufbau der SIMATIC S Signalbaugruppen SM für digitale und analoge Ein- und Ausgänge - Funktionsbaugruppen FM für spezielle Funktionen (z.b. Schrittmotoransteuerung) - Kommunikationsprozessoren CP für Netzanbindung Hinweis: Für dieses Modul werden lediglich eine Stromversorgungsbaugruppe, eine beliebige CPU sowie eine Digitalein- und eine Digitalausgabebaugruppe benötigt. T I A Ausbildungsunterlage Seite 23 von 48 Modul A3

24 Wichtige Elemente der Spannungsversorgung und der CPU: MPI- Schnittstelle: Jede CPU besitzt eine MPI- Schnittstelle zum Anschluss der Programmierleitung (z.b. PC-Adapter). Diese befindet sich hinter einer Klappe an der Vorderseite der CPU. Betriebsartenschalter: Jede CPU besitzt einen Schlüsselschalter zur Umschaltung der Betriebsarten. Je nach Stellung des Schlüsselschalters sind bestimmte Programmier(PG)- Funktionen erlaubt. Folgende Betriebsarten sind möglich: T I A Ausbildungsunterlage Seite 24 von 48 Modul A3

25 Urlöschen: Urlöschen löscht alle Anwenderdaten auf der CPU und sollte vor Beginn der Programmierung einmal durchgeführt werden. Dies geschieht in den folgenden 3 Schritten: Schritt 1 Ausführung Drehen Sie den Schlüssel in Stellung STOP. Ergebnis Anzeige STOP leuchtet 2 3 Drehen Sie den Schlüssel in Stellung MRES und halten Sie ihn in dieser Stellung (ca. 3 Sekunden) bis die STOP- Anzeige wieder leuchtet Drehen Sie den Schlüssel zurück in Stellung STOP und anschließend innerhalb von 2 Sekunden erneut in Stellung MRES Die STOP-Anzeige erlischt und nach ca. 3 Sekunden leuchtet sie wieder Bei neunen CPU s warten bis die STOP-Anzeige zum zweitenmal aufleuchtet. Wichtig: Zwischen Schritt 2 und Schritt 3 dürfen max. 3 Sekunden vergehen. Die STOP-Anzeige blinkt für ca. 3 Sekunden und leuchtet danach wieder: alles o.k.; CPU ist urgelöscht T I A Ausbildungsunterlage Seite 25 von 48 Modul A3

26 7. BEISPIELAUFGABE Für unser erstes STEP 7- Programm soll eine einfache Aufgabe gelöst werden. Eine Presse mit Schutzeinrichtung soll nur dann mit einem START- Taster S1 ausgelöst werden, wenn das Schutzgitter geschlossen ist. Dieser Zustand wird mit einem Sensor Schutzgitter BO überwacht. Ist dies der Fall wird ein 5/2 Wegeventil Y0 für den Pressenzylinder genau 10 Sekunden angesteuert damit eine Kunststoffform gepresst werden kann. Aus Sicherheitsgründen soll die Presse auch wieder hochfahren, wenn der Starttaster S1 losgelassen wird oder der Sensor Schutzgitter B0 nicht mehr anspricht. Zuordnungsliste: Adresse Symbol Kommentar E 0.0 B0 Sensor Schutzgitter E 0.1 S1 Start- Taster A 4.0 Y0 5/2 Wegeventil für Pressenzylinder Starttaster S1 zum Starten des Pressvorgangs. 5/2 Wegeventil steuert den Pressenzylinder. Der Zylinder ist genau so lange ausgefahren, wie der Ausgang Y0 angesteuert wird. Sensor B0 erkennt ob das Schutzgitter unten ist. Schutzgitter zum Schutz vor Verletzungen des Bedienungspersonals. Presse zum Pressen von Kuststoffformteilen. T I A Ausbildungsunterlage Seite 26 von 48 Modul A3

27 8. STEP 7- PROJEKT ANLEGEN Die Dateiverwaltung erfolgt in STEP 7 mit dem SIMATIC Manager. Hier können z.b. Programmbausteine kopiert oder zur Weiterbearbeitung mit anderen Werkzeugen durch Anklicken mit der Maus aufgerufen werden. Die Bedienung entspricht den in WINDOWS 95/98/2000/ME/NT4.0 üblichen Standards. (So hat man z.b. die Möglichkeit mit einem Klick der rechten Maustaste das Auswahlmenü zu jeder Komponente zu erhalten. In den Ordnern SIMATIC 300 Station und CPU wird der Hardwareaufbau der SPS abgebildet. Demzufolge ist ein solches Projekt auch immer hardwarespezifisch zu sehen. In STEP 7 wird jedes Projekt in einer fest vorgegebenen Struktur angelegt. Die Programme sind in den folgenden Verzeichnissen abgespeichert: Projekt: Dieses Verzeichnis enthält die Hardware (z.b. SIMATIC 300 Stationen) und die Subnetze (z.b. MPI und PROFIBUS). SIMATIC 300 Stationen: Hier werden die entsprechenden Hardwarekonfigurations- (Hardware/SC* 1 )und CPU- Daten abgespeichert. Quellen/SO* 1 : Hier werden Quellen (z.b. SCL- Quellen) abgelegt, die durch Übersetzen in ablauffähige Programme umgewandelt werden können. Bausteine/AP-off* 1 : Hier werden die Programmbausteine ( OB, FB, FC, SFB, SFC, DB etc. ) abgespeichert. CPU: Hier wird das S7- Programm und die vernetzten Verbindungspartner (Verbindungen/CO* 1 ) eingetragen. S7-Programm: Hier werden die Anwenderprogramme (Bausteine/AP-off* 1 ), Symboltabellen (Symbole/SY* 1 ) und Quellen (Quellen/SO* 1 ) verwaltet. Symbole/SY* 1 : Hier werden die Symbollisten zur Symbolischen Adressierung gespeichert. * 1 Bezeichnungen aus STEP 7 Version 2.x T I A Ausbildungsunterlage Seite 27 von 48 Modul A3

28 Um ein Projekt unabhängig von der Hardwarekonfiguration zu erstellen gibt es jedoch die Möglichkeit ein Projekt anzulegen, dass diese Ordner nicht beinhaltet. Es hat dann die folgende Struktur: Projekt: Dieses Verzeichnis enthält die Hardware (z.b. SIMATIC 300 Stationen) und die Subnetze (z.b. MPI und PROFIBUS). Quellen/SO* 1 : Hier werden Quellen (z.b. SCL- Quellen) abgelegt, die durch Übersetzen in ablauffähige Programme umgewandelt werden können. Bausteine/AP-off* 1 : Hier werden die Programmbausteine ( OB, FB, FC, SFB, SFC, DB etc. ) abgespeichert. S7-Programm: Hier werden die Anwenderprogramme (Bausteine/AP-off* 1 ), Symboltabellen (Symbole/SY* 1 ) und Quellen (Quellen/SO* 1 ) verwaltet. Symbole/SY* 1 : Hier werden die Symbollisten zur Symbolischen Adressierung gespeichert. * 1 Bezeichnungen aus STEP 7 Version 2.x Hinweis: Dieses Beispiel hier wird ohne Konfiguration der Hardware erstellt und somit können die Programme auf beliebige Konfigurationen der SIMATIC S7-300, S7-400 oder WinAC geladen werden. Lediglich die Adressen der Ein- und Ausgänge müssen von Fall zu Fall angepasst werden. T I A Ausbildungsunterlage Seite 28 von 48 Modul A3

29 Folgende Schritte muss der Anwender ausführen, um ein Projekt zu erstellen, in dem dann das Lösungsprogramm geschrieben werden kann. 1. Das zentrale Werkzeug in STEP 7 ist der SIMATIC Manager, der hier mit einem Doppelklick aufgerufen wird. ( SIMATIC Manager) 2. STEP 7- Programme werden in Projekten verwaltet. Ein solches Projekt wird nun angelegt ( Datei Neu) T I A Ausbildungsunterlage Seite 29 von 48 Modul A3

30 3. Dem Projekt wird nun der Name startup gegeben. ( startup OK) 4. In dem Projekt startup wird dann ein neues S7-Programm eingefügt. ( startup Einfügen Programm S7-Programm) T I A Ausbildungsunterlage Seite 30 von 48 Modul A3

31 5. Der Programmablauf wird in STEP 7 in sogenannten Bausteine geschrieben. Standardmäßig ist bereits der Organisationsbaustein OB1 vorhanden. Dieser stellt die Schnittstelle zum Betriebssystem der CPU dar und wird automatisch von diesem aufgerufen und zyklisch bearbeitet. Von diesem Organisationsbaustein aus können wiederum zur strukturierten Programmierung weitere Bausteine wie z.b. die Funktion FC1 aufgerufen werden. Dies dient dazu um eine Gesamtaufgabe in Teilprobleme zu zerlegen. Diese sind dann einfacher zu lösen und in ihrer Funktionalität zu testen. Programmstruktur des Beispiels: Organisationsbaustein OB1 Zyklisch vom Betriebssystem aufgerufener Baustein. Hier steht der Aufruf der Funktion FC1 CALL FC1 Funktion FC1 Beinhaltet in diesem Beispiel das eigentliche Programm für die Pressensteuerung. Wird vom OB1 aufgerufen. T I A Ausbildungsunterlage Seite 31 von 48 Modul A3

32 6. Um einen weiteren Baustein FC1 in das Projekt einzufügen muss der Ordner Bausteine markiert werden. ( Bausteine) T I A Ausbildungsunterlage Seite 32 von 48 Modul A3

33 7. Der S7- Baustein Funktion wird nun in den Ordner Bausteine eingefügt. ( Einfügen S7 Baustein Funktion) 8. Nun kann der Name der Funktion gewählt und noch weitere Einträge zur Bausteindokumentation vorgenommen werden. ( FC1 OK) T I A Ausbildungsunterlage Seite 33 von 48 Modul A3

34 9. Im SIMATIC Manager stehen nun die beiden Bausteine OB1 und FC1 zur weiteren Programmierung zur Verfügung. T I A Ausbildungsunterlage Seite 34 von 48 Modul A3

35 9. STEP 7- PROGRAMM SCHREIBEN IN FUNKTIONSPLAN FUP Eine der Möglichkeiten ein STEP 7 Programm zu erstellen ist der Funktionsplan FUP, eine bildliche Darstellung der Steuerungsaufgabe durch Symbole mit Funktionskennzeichen. Auf der linken Seite des Symbols werden die Eingänge, auf der rechten Seite die Ausgänge angeordnet. 1. Als erster Baustein soll hier die Funktion FC1 bearbeitet werden. Dazu wird diese im SIMATIC Manager durch Doppelklick geöffnet ( FC1) T I A Ausbildungsunterlage Seite 35 von 48 Modul A3

36 2. In dem nun geöffneten Editor KOP/FUP/AWL wird dann auf die Ansicht für die Programmiersprache Funktionsplan FUP umgestellt.( Ansicht FUP) T I A Ausbildungsunterlage Seite 36 von 48 Modul A3

37 3. Die Programmieroberfläche für die Programmierung im Funktionsplan (FUP) sieht dann folgendermaßen aus: Häufig verwendete Befehle wie UND- Box, ODER- Box, Zuweisung, Binärer Eingang, Binären Eingang negieren, T-Abzweig, Verbindung! Baustein speichern! Baustein in CPU laden! Neues Netzwerk einfügen! Katalog sämtlicher Programmelemente Variablendeklarationstabelle (wird in diesem Beispiel nicht gebraucht)! Kommentarfelder und Netzwerk bzw. Bausteintitel! Hier kann die Steuerungsaufgabe durch Symbole mit Funktionskennzeichen erstellt werden! Programmelemente können per DRAG and DROP mit der Maus in das Netzwerk geschoben werden. Sie müssen dann nur noch mit den richtigen Operanden versorgt werden! Hinweis: Die Programme in den STEP 7- Bausteinen werden in einzelnen Netzwerken programmiert. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit einer weiteren Strukturierung und der verbesserten Dokumentation in den Netzwerküberschriften. T I A Ausbildungsunterlage Seite 37 von 48 Modul A3

38 4. Für unser Beispiel benötigen wir einen Timer als Impuls. Dieser heißt in STEP 7 S_IMPULS und kann in dem Katalog unter dem Punkt Zeiten.( Zeiten S_IMPULS) Hinweis: Wenn eine Operation angewählt wurde ist in der Fußzeile des Katalogs eine Kurzinformation zu dieser Operation angegeben. T I A Ausbildungsunterlage Seite 38 von 48 Modul A3

39 5. Für eine genaue Beschreibung jeder Operation steht unter dem Symbol? die Online-Hilfe zur Verfügung. Diese ist umfassend und erklärt jeden Befehl mit einem ausführlichen Beispiel. (? ) Hinweis: Die Zeit als Impuls S_IMPULS, die hier eingesetzt wird, gibt genau so lange wie die Zeitvorgabe ist und am Setzeingang S eine 1 ansteht, am Ausgang Q eine 1 aus. Ist die bei TW vorgegebene Zeit abgelaufen oder der Signalpegel am Setzeingang S wieder 0, so steht am Ausgang Q wieder eine 0 an. T I A Ausbildungsunterlage Seite 39 von 48 Modul A3

40 6. Die Operation S_IMPULS wird nun in das erste Netzwerk eingefügt, indem diese im Katalog angeklickt, die Maustaste festgehalten und dann im Netzwerk wieder losgelassen wird.( S_IMPULS) T I A Ausbildungsunterlage Seite 40 von 48 Modul A3

41 7. Häufig benötigte Operationen wie z.b. die UND- Verknüpfung findet man in der Menüleiste. Diese wird eingefügt, indem zuerst auf den Eingang S am Timer und dann auf das Symbol geklickt wird ( S ) T I A Ausbildungsunterlage Seite 41 von 48 Modul A3

42 8. Nun muss der Timer noch mit T1 benannt werden und der Zeitwert von 10 Sekunden in dem S5Time- Format S5t#10s eingetragen werden. Außerdem werden die Eingänge E 0.0 und E 0.1 an der UND- Verknüpfung eingetragen sowie das Netzwerk und der Baustein Kommentiert. ( T1 S5T#10s E0.0 E0.1 Kommentare) Hinweis: Um einem Timer eine Zeit vorzugeben muss die folgende Syntax eingehalten werden: S5T# 10s Dabei gibt S5T# einfach das Format vor und dahinter kann direkt die Zeit (hier 10 Sekunden) eingegeben werden. Es können auch Millisekunden (MS), Minuten (M) und Stunden (H) vorgegeben werden. Diese Einheiten können auch gemeinsam (z.b. S5T#3M_3S) angegeben werden. T I A Ausbildungsunterlage Seite 42 von 48 Modul A3

43 9. Als nächstes wird ein weiteres Netzwerk eingetragen, indem im Menü auf das Symbol geklickt wird. ( ) 10. Dann wird durch einen Mausklick auf das Symbol eine Zuweisung eingefügt ( ) T I A Ausbildungsunterlage Seite 43 von 48 Modul A3

44 11. Die Zuweisung soll hier für den Ausgang A4.0 gelten und erfolgen solange der Timer T1 High - Signal hat. Diese beiden Operanden müssen jetzt noch eingefügt werden, bevor der FC1 gespeichert und in die SPS geladen werden kann. ( A4.0 T1 ) Hinweis: Das Editor-Programm KOP/AWL/FUP nicht schliessen. Entweder in der Fußzeile auf den SIMATIC Manager umschalten ( Punkt 12 ) oder über die Funktion ÖFFNEN den OB1 aufrufen. 12. Zum Programmieren des FC- Aufrufs wird der OB1 im SIMATIC Manager mit Doppelklick geöffnet ( SIMATIC Manager OB1) T I A Ausbildungsunterlage Seite 44 von 48 Modul A3

45 13. Die Eigenschaften des OB1 werden beibehalten und mit OK übernommen ( OK) 14. Im Editor KOP/FUP/AWL wird dann auf die Ansicht für die Programmiersprache Funktionsplan FUP umgestellt.( Ansicht FUP) T I A Ausbildungsunterlage Seite 45 von 48 Modul A3

46 15. Aus dem Katalog kann hier unter dem Punkt FC Bausteine der FC1 per Doppelklick mit der Maus in Netzwerk1 vom OB1 eingetragen werden. Dann wird der OB1 gespeichert und in die SPS geladen. ( FC Bausteine FC1 ) T I A Ausbildungsunterlage Seite 46 von 48 Modul A3

47 10. STEP 7- PROGRAMM IN DER CPU TESTEN 1. Um das Programm im FC1 beobachten zu können muss in dem Editor KOP/FUP/AWL auf das Fenster vom FC1 umgeschaltet werden. ( Fenster FC1) T I A Ausbildungsunterlage Seite 47 von 48 Modul A3

48 2. Durch einen Mausklick auf das Brillensymbol kann das Programm im FC1 nun beobachtet werden. Der Ablauf des Timers wird dann ebenso dargestellt wie der Signalzustand der Ein- und Ausgänge. ( ) T I A Ausbildungsunterlage Seite 48 von 48 Modul A3